Nel sonno nuovi processi di formazione sinaptica per la memoria
GIOVANNI ROSSI
NOTE E NOTIZIE - Anno XVIII – 11 dicembre 2021.
Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org
della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia).
Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società,
la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici
selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste
e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
I
rapporti tra sonno e memoria sono uno dei grandi argomenti della ricerca
neuroscientifica, al quale abbiamo sempre dedicato molta attenzione, e le
schede introduttive dei nostri primi aggiornamenti possono ancora fornire nozioni
ed elementi essenziali per introdursi alle affascinanti tematiche del rapporto
fra due dimensioni essenziali della fisiologia cerebrale[1]. Nel tempo, la mole di nozioni e dati acquisiti e
accumulati in questo campo è cresciuta diventando veramente considerevole, ma
ancora molti interrogativi sui meccanismi mediante i quali, ad esempio, il
sonno facilita formazione e consolidamento delle memorie di lunga durata (LTM,
da long-term memory)
sono rimasti senza risposta.
I
cambiamenti nelle connessioni sinaptiche si considerano alla base dell’immagazzinamento
della memoria a lungo termine e, in questa ottica, sono indagati i meccanismi
molecolari e cellulari implicati. Numerosi studi hanno suggerito che il sonno è
importante per la formazione delle sinapsi dopo l’apprendimento, ma come il
sonno sia implicato nel processo di formazione sinaptica rimane poco chiaro.
Un nuovo
studio, condotto da ricercatori statunitensi e cinesi, per affrontare questo
problema ha usato la microscopia bi-fotonica transcranica, indagando gli
effetti del sonno successivo all’apprendimento sulla localizzazione dei filopodi dendritici di nuova formazione e delle
spine dendritiche del V strato di neuroni piramidali nella corteccia
motoria primaria di ratti adolescenti. Il risultato ottenuto da Avital Adler e colleghi è di notevole interesse.
(Adler
A. et al., Sleep promotes the formation of
dendritic filopodia and spines near learning-inactive existing spines. Proceedings
of the National Academy of Sciences USA 118 (50) e2114856118
– Epub ahead of print doi: 10.1073/pnas.2114856118, 2021).
La provenienza degli autori è la seguente: Skirball
Institute, Department of Neuroscience and Physiology, Department of
Anesthesiology, New York School of Medicine, New York, NY (USA); State Key Laboratory
of Brain and Cognitive Sciences, The University of Hong Kong, Pokfulam, Hong Kong Special Administrative Region (Cina).
Recentemente,
Diane Richmond ha così introdotto i rapporti tra sonno e memoria:
“Trascorriamo
dormendo circa un terzo della nostra vita e sappiamo che lo stato che segue la
veglia alla fine di ogni giorno interessa tutte le funzioni dell’organismo, dalla
regolazione dei livelli di ormoni, del tono muscolare e del ritmo respiratorio fino
alla riorganizzazione dei processi cognitivi di memoria, apprendimento e
pensiero.
Anche se per secoli si è dibattuto sulla funzione
del sonno e ancora molti ricercatori dichiarano che non è noto il ruolo
biologico della necessità di dormire – semplicemente perché continuano a cercare
una ragione unica – ormai credo che molti condividano la tesi sostenuta da decenni
dal nostro presidente: “Chiedersi quale sia la funzione del sonno equivale a
chiedersi quale sia la funzione della veglia: è una domanda mal posta, perché è
evidente che la vita animale è fisiologicamente organizzata sulla base del
ritmo nictemerale del pianeta e che tutti gli equilibri di tutti i sistemi
dell’organismo si sono tarati nel corso dell’evoluzione su un regime di elevata
attività con la luce del sole e di bassa attività in assenza di luce. La privazione
di sonno non è compatibile con la vita e l’insonnia protratta determina
scompensi cerebrali, neuroendocrini, neurovegetativi e immunologici di entità
rilevante […] i processi di regolazione dell’attività delle reti neuroniche cerebrali
implicate nei processi cognitivi che avvengono durante il sonno sono di fondamentale
importanza, non solo per il consolidamento delle memorie, ma anche per l’efficienza
della funzione psichica di base attuale”[2].
I rapporti fra sonno e memoria costituiscono un campo
di intensa attività investigativa da più di vent’anni, tanto interessante e
utile da approfondire per la comprensione di molti aspetti della fisiologia
cerebrale, che la nostra società scientifica in un breve lasso di tempo ha
dedicato due aggiornamenti dal titolo “Sonno e Memoria”
e “Memoria e Sonno”, presentati
da due saggi introduttivi[3], che è
opportuno leggere perché rimangono ancora di assoluta attualità nei contenuti.
Recentemente, il ruolo cruciale del sonno per il
consolidamento mnemonico è stato esplorato al fine di comprendere i criteri seguiti
dalle reti cerebrali attive mentre dormiamo per selezionare le rappresentazioni
sinaptiche da rinforzare e consolidare in sede corticale. Non tutte le prove
sperimentali raccolte consentono un orientamento univoco nell’interpretazione
dei principi in base ai quali sono decise le priorità; tuttavia, sembra non vi
siano dubbi circa l’esistenza di criteri sistematici di scelta per il
consolidamento. La forza iniziale di una memoria si ritiene costituisca
una condizione limite importante nel determinare quali memorie siano
consolidate durante il sonno”[4].
Avital Adler e colleghi hanno rilevato che il sonno
seguente all’apprendimento promuove la formazione di filopodi
dendritici e spine dendritiche raggruppate con le spine esistenti inattive nell’apprendimento.
Una frazione di questi filopodi era convertita in
nuove spine durante estesi periodi di tempo. I risultati emersi forniscono conoscenze
sul ruolo del sonno post-apprendimento nel regolare il numero e la localizzazione
di nuove sinapsi attraverso la promozione della formazione dei filopodi dendritici.
Adler e
colleghi, impiegando la microscopia bi-fotonica transcranica nei ratti hanno
studiato gli effetti del sonno dopo una sessione di apprendimento motorio sulla
localizzazione dei filopodi dendritici e delle spine
dendritiche, entrambi appena sviluppati, nei neuroni piramidali dello strato 5
della corteccia motoria primaria di roditori in età adolescenziale. Ed hanno
così rilevato che tali processi cellulari neoformati erano in parte associati a
spine dendritiche già esistenti lungo singoli segmenti dendritici 24 h dopo il training
motorio. Aspetto rilevante è che il sonno post-training era critico nel
promuovere la formazione di filopodi dendritici e
spine dendritiche aggregati a spine esistenti entro 8 h. Una frazione di questi
filopodi veniva convertita in nuove spine e contribuiva
alla formazione delle spine aggregate 24 ore dopo il training motorio.
Tale formazione di spine dipendente dal sonno attraverso lo sviluppo di filopodi era diversa dalla formazione di nuove spine indotta
dal re-training, che emergeva dai tronchi dendritici senza essere
preceduta da filopodi.
I
ricercatori hanno poi osservato che filopodi e spine
di nuova formazione tendevano a costituirsi in sedi lontane dalle spine pre-esistenti che erano attive al momento del training
motorio.
Presi
insieme, tutti questi elementi di osservazione rivelano un ruolo svolto dal sonno
immediatamente successivo all’apprendimento consistente nella regolazione del numero
e della localizzazione delle nuove sinapsi mediante l’induzione
dello sviluppo di filopodi.
L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella
Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del
sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
Giovanni Rossi
BM&L-11 dicembre 2021
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Society of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze,
Ufficio Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come
organizzazione scientifica e culturale non-profit.
[1] V. nella sezione AGGIORNAMENTI
del sito: “Il Sonno e la Memoria” e “La Memoria e il Sonno” (click o tocco su “scheda
introduttiva”).
[2] Giuseppe Perrella, Relazione per
l’aggiornamento “Sonno e Memoria” del 5 aprile 2007, BM&L-Italia, Firenze
2007.
[3] Pubblicati nella sezione AGGIORNAMENTI del sito.
[4] Note e Notizie 27-03-21 Fusi
del sonno e consolidamento di memorie deboli.